嵌入式Linux： uClinux操作系統移植

1.uClinux簡(jiǎn)介

uClinux這個(gè)英文單詞中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是針對微控制領(lǐng)域而設計的Linux系統.

uclinux是一個(gè)源碼開(kāi)放的操作系統，面向沒(méi)有MMU（MemoryManagementUnit）的硬件平臺。它是linux的一個(gè)變種，主要的區別在于兩者的內存管理機制和進(jìn)程調度管理機制，同時(shí)為了適應嵌入式應用的需求，它的采用了romfs文件系統，并對linux上的c語(yǔ)言庫glibc做了簡(jiǎn)化。

2.硬件體系結構簡(jiǎn)介

運行uClinux的硬件平臺主要包括如下幾個(gè)部分：cpu（ARMv4指令集兼容）、uart、memorycontroller、定時(shí)器、flash存儲器，sdram存儲器，中斷控制器和DMA.

3.編譯環(huán)境和編譯工具

uclinux操作系統源碼絕大部分是用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，有一些與硬件直接相關(guān)的代碼則用特定于某一CPU體系結構的匯編來(lái)實(shí)現。這些源碼只能用GNU的gcc編譯工具來(lái)進(jìn)行編譯、鏈接。

GNUgcc可以運行于Linux/Unix操作系統上。如果要在Windows平臺上運行g(shù)cc，則必須安裝Cygwin.Cygwin可以在Windows中安裝一個(gè)linux的運行環(huán)境，這樣就可以在windows下運行原本只能在linux下運行的程序。

為了在PC上編譯得到運行于目標CPU上的操作系統內核，還必須安裝一個(gè)合適的交叉編譯器。Gcc提供了現成的針對MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉編譯器。如果沒(méi)有現成的交叉編譯器，則需要自行設計。GNU網(wǎng)站提供了一些如何開(kāi)發(fā)新的交叉編譯器的文章。開(kāi)發(fā)一個(gè)新的編譯器，一般需要如下幾個(gè)步驟：

（1）、編寫(xiě)機器描述腳本。采用gcc的RTL（RegisterTansferLanguage）語(yǔ)言描述針對某一CPU體系結構的機器指令與尋址方式、CPU浮點(diǎn)處理方式、endianess、c語(yǔ)言中各種數據類(lèi)型的位寬、寄存器的個(gè)數和使用規則、堆棧和函數調用規則等體系結構的細節。

（2）、設計代碼生成器。Gcc在對c語(yǔ)言源文件進(jìn)行了詞法和語(yǔ)法分析后，將產(chǎn)生一種中間格式文件（intermediaterepresentation）。為了把這種中間格式文件轉化為針對具體CPU體系結構的機器碼，需要自行設計一個(gè)代碼生成器。

（3）、設計匯編器

（4）、設計鏈接器

4.uClinux啟動(dòng)過(guò)程

uClinux系統的啟動(dòng)可以分為兩個(gè)步驟：

（1）。運行bootloader初始化程序

SRAM、SDRAM等存儲設備屬于揮發(fā)性的存儲器，掉電以后其中的內容就會(huì )全部丟失，所以必須把操作系統的內核鏡像存放在Flash等不揮發(fā)性存儲介質(zhì)上。但是操作系統在運行時(shí)，需要動(dòng)態(tài)的創(chuàng )建一些如數據段、堆棧、頁(yè)表（針對使用虛擬地址的操作系統）等內容，所以需要在RAM中運行操作系統。因此，就需要一個(gè)引導程序把操作系統的內核鏡像從Flash存儲器拷貝到RAM中，然后再從RAM中執行操作系統的內核。Bootloader就是可以完成這樣一種功能的程序。

從本質(zhì)上來(lái)講，bootloader不屬于操作系統內核。它采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，因此針對不同的cpu體系結構，這一部分代碼不具有可移植性。在移植操作系統時(shí)，這部分代碼必須加以改寫(xiě)。

具體來(lái)講，bootloader在系統啟動(dòng)時(shí)主要完成以下幾項工作：

。將操作系統內核從flash拷貝到sdram中，如果是壓縮格式的內核，還要將之解壓縮。

。改寫(xiě)系統的memorymap，原先f(wàn)lash起始地址映射為0地址，這時(shí)需要將RAM的起始地址映射為0.

。設置堆棧指針并將bss段清零。將來(lái)執行c語(yǔ)言程序和調用子函數時(shí)要用到。

。改變pc值，使得cpu開(kāi)始執行真正的操作系統內核。

（2）運行操作系統內核

bootloader程序執行完上述的各項工作后，通過(guò)一條跳轉指令，轉而執行ini目錄下c語(yǔ)言源文件main.c中的函數start_kernel（）。因為在此之前bootloader已經(jīng)創(chuàng )建好一個(gè)初始化環(huán)境，

c函數可以開(kāi)始執行了。整個(gè)操作系統內核的初始化工作從這里才算是真正開(kāi)始。這個(gè)函數的長(cháng)度比較短，代碼如下：asmlinkagevoid__initstart_kernel（void）

{

char*command_line；

unsignedlongmempages；

externcharsaved_command_line[]；

/*

*Interruptsarestilldisabled.Donecessarysetups，then

*enablethem

*/

lock_kernel（）；

printk（linux_banner）；

setup_arch（command_line）；

printk（Kernelcommandline：%sn，saved_command_line）；

parse_options（command_line）；

trap_init（）；

init_IRQ（）；

sched_init（）；

softirq_init（）；

time_init（）；

/*

*HACKALERT！Thisisearly.We'reenablingtheconsolebefore

*we'vedonePCIsetupsetc，andconsole_init（）mustbeawareof

*this.Butwedowantoutputearly，incasesomethinggoeswrong.

*/

console_init（）；

#ifdefCONFIG_MODULES

init_modules（）；

#endif

if（prof_shift）{

unsignedintsize；

/*onlytextisprofiled*/

prof_len=（unsignedlong）_etext-（unsignedlong）_stext；

prof_len>>=prof_shift；

size=prof_len*sizeof（unsignedint）+PAGE_SIZE-1；

prof_buffer=（unsignedint*）alloc_bootmem（size）；

}

kmem_cache_init（）；

sti（）；

calibrate_delay（）；

#ifdefCONFIG_BLK_DEV_INITRD

if（initrd_start！initrd_below_start_ok

initrd_start

printk（KERN_CRITinitrdoverwritten（0x%08lx0x%08lx）-

disablingit.n，initrd_start，min_low_pfn

initrd_start=0；

}

#endif

mem_init（）；

kmem_cache_sizes_init（）；

pgtable_cache_init（）；

mempages=num_physpages；